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室外無線網路的下一步
2021網路大趨勢

【作者: 林海峰】   2021年03月12日 星期五

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隨著多事之秋的2020年已經遠去,電信業者無不躍躍欲試,期待建立一個網路無所不在且四通八達的未來世界。為了實現這一目標,眾家業者在2021年將觸角伸進世界各地,持續並加速5G網路的發展,各國政府也致力清除多餘的頻譜,以容納更多用戶和數據傳輸。於此同時,隨著開放式無線接取網路(Open RAN)的部署大獲好評,再加上新一代產品和創新技術紛沓而至,無線接取網路的解構(disaggregation)勢將持續發展。以下將就無線網路三大趨勢進行剖析。


5G和大規模MIMO

儘管COVID-19全球疫情導致各行各業停擺,嚴重影響不少國家和地區的5G網路部署,但隨著三星Galaxy S20和蘋果iPhone 12等5G智慧型手機問世,2021年的5G網路熱潮勢將迅速延燒。為了支援這些嶄新的通訊設備,業者料將先行評估可從大規模MIMO(多輸入多輸出)獲益的部署方式,接著制定務實的5G網路方案。


大規模MIMO大大提升了頻譜效能,讓網路容量與覆蓋範圍更上層樓。然而,業者仍須評估並確定,為了跟進MIMO部署,所付出的額外成本與消耗的能量是否合理,抑或者所配置的被動式天線是否足以接收MIMO的寬頻數據。事實上,根據報導指出,在某些地點所部署的初始高級大規模MIMO耗電量太大,導致電源供應不足,甚至得例行性地關閉設備數小時以節省能源。



圖一 : 在城市環境中,大規模MIMO部署仍面臨不少艱鉅挑戰。
圖一 : 在城市環境中,大規模MIMO部署仍面臨不少艱鉅挑戰。

從專業角度來看,大規模MIMO部署最適合人口稠密的城市,郊區則可採用被動式天線的解決方案。但即便在城市環境中,大規模MIMO部署仍面臨不少艱鉅挑戰,例如設計不當恐導致高樓層無法得到充分的網路覆蓋。


因此,為每項部署挑選最佳的天線技術,仍是行動網路業者(MNO)在2021年的優先考量。在數據流量偏高的大都會地區,業者將針對高樓層建築採用64T64R,低樓層建築物則採用32T32R技術;郊區使用32T32R或16T16R, 農村地區則是32T32R(FWA)。對於流量需求適中的地區,廠商將部署8T8R解決方案,以同時滿足城市低樓層建築、郊區與農村地區的覆蓋率。


清除頻譜

若要打造一個網路連線無所不在且四通八達的未來世界,最重要一步莫過於清除頻譜以增加用戶與數據的容納量。然而,全球大多數低頻和中頻的頻譜範圍,一向供軍隊、商業衛星業者、無線互聯網服務供應商(WISP)以及公共設施所用。如何重新分配或共享此範圍的頻譜,讓下一代網路順暢運行,同時又能讓運行中設備受到的影響最小化,需要仰賴現有用戶與政府監管機構的積極參與討論。


儘管面臨前述諸多挑戰,2021年各國政府料將繼續採取主動攻勢,為5G甚至是更高階版本的網路清除頻譜。以美國為例,聯邦傳播委員會(FCC)最近剛完成3.5 GHz頻段優先使用許可證(PAL)的拍賣,並進著手準備拍賣280GHz的中頻段(C頻段)頻譜, 其中3.7~3.98GHz範圍內的頻段更提供了莫大的使用靈活性(包括5G在內)。不少業者也快馬加鞭,希望在2021年找到並敲定合適的部署地點,以便搶在2021年末至2022年初間開始使用C頻段通訊。因此直到2023年6月之前,許多郊區場所、行動網路業者及其用戶仍無法趕上C頻段的通訊潮流。除了CBRS和C頻段外,業者預計在18個月內將3450~3550 MHz頻段、範圍達100MHz的鄰近中頻段頻譜 ,作為5G的使用範圍。



圖二 : 美國衛星電視業者Dish Network已選定Open RAN技術。
圖二 : 美國衛星電視業者Dish Network已選定Open RAN技術。

而在拉丁美洲和加勒比海地區(CALA),哥倫比亞和波多黎各最近也完成了一系列的頻譜拍賣。自2021年起,哥倫比亞將在農村地區推出低頻範圍的LTE網路服務,而波多黎哥的公眾寬頻無線服務(CBRS)拍賣,勢將促使行動網路業者和無線互聯網服務供應商部署更多LTE網路架構。無獨有偶地,智利最近也才宣布將舉辦高達1800 MHz範圍的5G頻譜拍賣,其中四個頻段包含了700 MHz、AWS、3.5 GHz和毫米波(26 GHz)。


整個拉丁美洲和加勒比海地區於2021年所要舉辦的其他拍賣活動,可能會比預期來的更快更急迫。由於COVID-19疫情導致世界經濟的停擺,頻譜拍賣收入正好可為苦不堪言的當地政府帶來豐厚利潤。當然也有部份國家延後了原本計劃的拍賣活動,例如巴西預計改在2021年5月或6月底舉辦頻譜拍賣,其中5G包含了700 MHz、2.3 GHz、3.5 GHz和26 GHz等四個不同頻段,而其中3.5 GHz更是引起了區域內各大業者的關注。墨西哥和烏拉圭則早已宣布600 MHz頻段拍賣會的消息。墨西哥將600 MHz的拍賣會訂於2021年下半年,並且與同為5G頻段的3.5 GHz範圍共同釋出並販售,而其他國家則緊追其後接續舉辦相關拍賣會。


在歐洲,歐盟亦致力於所有歐盟國家/地區新增5G範圍內的頻段與頻寬,其中包括700MHz-30MHz、3.5GHz-400MHz和26GHz~3GHz等頻段。在動態頻譜共享模式下,許多歐洲業者早已將1800MHz或2100MHz頻段用於5G通訊。在中東和非洲,阿拉伯聯合大公國、沙烏地阿拉伯、卡達、阿曼以及南非等國業者也早已在C頻段內搶佔一席之地。


頻譜的頻段珍貴且有限,台灣政府與電信業者加緊腳步佈署5G的同時,不得不提到頻譜共享的概念,公民寬頻無線服務頻段(Citizenship Broadband Radio System;CBRS)最早是美國聯邦通訊委員會(FCC)核准的頻率共享機制。而台灣也針對頻譜共享展開研究,在官方委託下,CommScope 即在台灣與電信財團法人(TTC)合作,共同開發適合台灣的CBRS,也肯定了CommScope在業界及研發上的努力。


衝著5G及更高階版本而來的頻譜清除工作正如火如荼地展開,此一趨勢不但全球延燒,預料在2021年也將加速推進。


開放式無線接取網路

2021年時,開放式無線接取網路(Open RAN)的部署可望大獲好評,新一代產品和創新技術亦將紛沓而至。原因就在於Open RAN所支援的對象,包括無線電、硬體或基頻模組(BBU)與軟體。這些都是在無線接取網路的各個子元件內部和之間,真正開放且可互相操作的介面。此一典範可促使一個擴張後的供應生態系統持續成長,進而推動科技創新,並透過開放式介面(open interface)和標準化量產硬體(commodity hardware)平台,降低資金成本以及避免遭單一供應商「鎖定」(lock in)的效應。


根據加州研究機構Mobile Experts首席分析師麥登( Madden)的說法,只要是在無線接取市場打滾的業者,幾乎都在「鑽研」 Open RAN。他個人預判,這將是網路覆蓋率的最佳解決方案。Madden強調,Open RAN可在軟硬體成本更低的情況下,達到與傳統架構相似的覆蓋範圍。


Open RAN為行動網路業者帶來若干優勢。首先,採用Open RAN後可壓低成本的項目,包括基頻模組的架上商業用(COTS)處理設備,以及無線電單元(RU)硬體的標準化量產過程(commoditization)。除此之外,它還支援軟硬體的解構,從而催生並加速新服務與營運解決方案的部署。如前面所述,隨著新的業者進入市場,Open RAN將是支援強大供應鏈生態系統的後盾。因此,隨著它的部署大獲好評,再加上新一代產品和創新技術(例如無線電與天線更加整合)陸續問世,CommScope更是看好未來Open RAN的解構趨勢必將延續。


此外,Open RAN帶來設備相互操作的便利性,在加速5G基礎設施部署方面,發揮至關重要的作用。的確,美國衛星電視業者迪許網路公司(Dish Network Corp.)已選定Open RAN技術,在全美各地展開5G網路部署,並且承諾2023年6月達到70%人口的5G網路覆蓋率。而在日本,樂天株式會社(Rakuten)的5G網路也採用Open RAN架構,透過混合和匹配的方式,為用戶提供最合適的網路頻段。同時,英國行動通訊集團伏德風(Vodafone)也已證實,計畫在歐洲和非洲試推Open RAN,初期重點為2G、3G和4G的行動通話和數據服務,未來也不排除試推包括5G在內的網路服務。 值得一提的是,伏德風近期剛成為英國首家啟動現場Open RAN 4G基地台的業者。


結語


圖三 : 隨著5G智慧型手機問世,將加速消費市場進入5G的速度。
圖三 : 隨著5G智慧型手機問世,將加速消費市場進入5G的速度。

儘管去年COVID-19全球疫情嚴重影響各國的5G網路部署,但隨著Apple iPhone 12等5G智慧型手機問世,加速消費市場進入5G的速度,2021年的5G網路熱潮勢將迅速延燒。為了支援這些嶄新的通訊設備,業者料將先行評估可從大規模MIMO獲益的部署方式,接著制定務實的5G網路方案。全球各地的政府也將持續清理並釋出更多頻譜空間,以容納更多的用戶和數據,而Open RAN的部署也將獲得廣大支持,並帶動新一代產品與5G網路的推出。


(本文作者林海峰為CommScope東北亞業務總監暨亞太區OEM及運營商業務負責人)


**刊頭圖(source:ericsson.con)


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